2023年7月1日发(作者：)

MAPGIS地理信息系统

考试题型：名词解释3×4分 填空13×11分 选择15×1分 简答4×5分

上机2×10分 论述2×10分

说明：红色为名词解释，蓝色为简答，紫色为上机操作

第一章 地理信息系统绪论

一、信息系统

信息系统定义：能对数据和信息进行采集、储存、加工和再现，并能回答用户一系列问题的系统称为信息系统。信息系统的四大功能为数据采集、管理、分析和表达。构成：由硬件、软件、数据和用户四个主要部分组成。目前大部分的信息系统都是部分或全部由计算机系统支持的，如图书情报信息系统、经营信息系统、企业管理信息系统、金融管理信息系统、人事档案信息系统、空间信息系统等。空间信息系统与其它类型信息系统的显著区别是：它所要采集、管理、处理和更新的是空间信息。地理信息系统是空间信息系统的一种。

二、地理信息系统

1.地理信息系统概念

地理信息系统：它是一种特定的十分重要的空间信息系统，是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。简言之，地理信息系统是对空间数据进行采集、编辑、储存、分析和输出的计算机信息系统。

2. 地理信息系统组成

地理信息系统的组成：计算机硬件、软件、地理空间数据和用户。

地理空间数据：是GIS的操作对象，是指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，包括数字、文字、图形、图像和表格等。

用户：人是地理信息系统中的重要构成因素，GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模拟，仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理和维护以及数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息。

3. 地理信息系统功能

地理信息系统的功能：数据采集与输入、数据编辑与更新、数据存储与管理、空间查询与分析、数据显示与输出。

①数据采集与输入

数据采集与输入，即在数据处理系统中将系统外部的原始数据传输给系统内部，并将这些数据从外部格式转换为系统便于处理的内部格式的过程。对多种形式、多种来源的信息，可实现多种方式的数据输入。主要有图形数据输入（如管网图的输入）、栅格数据输入（如遥感图像的输入）、测量数据输入（如GPS数据输入）和属性数据输入（如数字和文字的输入）。

②数据编辑与更新

数据编辑主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系建立、图形编辑、图形整饰、图幅拼接、图形变换、投影变换、误差校正等功能。数据更新即以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录，它是通过删除、修改、插入等一系列操作来实现的。

③数据储存与管理

数据存储，即将数据以某种格式记录在计算机内部或外部储存介质上。属性数据管理一般直接利用商用关系数据库软件，如FoxBase，FoxPro等进行管理。空间数据管理是GIS数据管理的核心，各种图形或图像信息都以严密的逻辑结构存放在空间数据库中。 ④空间查询与分析

空间查询与分析是GIS的核心，是GIS有别于其它信息系统的本质特征。主要包括数据操作运算、数据查询检索与数据综合分析。数据查询检索即从数据文件、数据库中查找或选取所需的数据，是为了满足各种可能的查询条件而进行的系统内部数据操作，如数据格式转换、向量数据迭合、栅格数据迭加等操作以及按一定模式关系进行的各种数据运算，包括算术运算、关系运算、逻辑运算、函数运算等。综合分析功能可以提高系统评价、管理和决策的能力，主要包括信息量测、属性分析、统计分析、二维模型分析、三维模型分析及多要素综合分析等。

⑤数据显示与输出

数据显示是中间处理过程和最终结果的屏幕显示，通常以人机交互方式来选择显示的对象与形式，对于图形数据根据要素的信息量和密集程度，可选择放大或缩小显示。GIS不仅可以输出全要素地图，还可以根据用户需要，分层输出各种专题图、各类统计图、图标及数据等。

4. 地理信息系统应用①资源清查②城乡规划③灾害监测④土地调查⑤环境管理⑥城市管网⑦作战指挥⑧宏观决策

5. 左窗口工程文件与单文件区别：工程指空间，文件相当于内容。

第二章 地理信息系统的数据输入

地理信息系统的数据采集和输入是一项十分重要的基础工作，是建立地理信息系统不可缺少的一部分。没有数据的采集和输入，就不可能建立一个数据实体，更不可能进行数据的管理、分析和成果输出，准确实时的数据是建立地理信息系统的前提条件，因此必须认真对待数据采集和输入。数据选择要确保数据真实，除了一些不可避免或无法预料的原因外，输入的数据应力求准确，否则将会影响最终成果。GIS数据采集的主要功能：数据的采集、标准化、综合和自动录入。

2.1 GIS的资料来源

来源：通过传统手段野外实测获得的，也有通过航天航空遥感、航测、全球定位系统（GPS）等现代技术获得的。不同的数据提供了不同形式的信息，不同的信息输入计算机后，计算机处理的方法也不相同。大部分非数字信息，主要是通过向量和栅格两种编码方式变成计算机可以接受的数字形式，送入计算机的数据库中存储。一些常规的统计数据、文字或表格等也可根据需要送入相应的数据库中。数据采集必须根据GIS建立的内容、目的和用途来决定收集的范围和种类。

2.1.1 地图数据

地图数据是地理信息系统的主要数据来源。地图按内容划分，包括各种比例尺的普通地图和专题地图。普通地图是以相对平衡的详细程度表示地球表面上的自然地理和社会经济要素，主要表达居民地、交通网、水系、地貌、境界、土质和植被等。实测的或较大比例尺的地形图具有较高的几何精度，真实反映区域地理要素的特征。专题地图重点反映某一种或几种专门的要素。各种不同比例尺的专题地图，提供如地质、地貌、土壤、植被和土地利用等原始数据。

2.1.2 属性数据

对于各种数据形式的原始数据，包括社会经济数据、人口普查数据、野外调查或检测资料，例如环境污染监测资料，地质钻井资料，气象、水文观测资料等。统计数据一般都和一定范围内的统计单元或观测点联系在一起，统计数据是GIS建立属性数据库必不可少的数据，常常在分析中起着重要的作用。各类统计数据可由计算机键盘有组织的输入，如果将统计数据转变成图形形式显示出来就更加直观。在地理信息系统中统计数据存储在属性数据库中，常可与其它形式的数据一起参与分析。 2.2 数据输入

数据输入是对数据进行必要编码和写入数据库的操作过程。任何GIS都必须考虑空间数据和属性数据（非空间数据）两方面数据的输入。由于GIS数据种类繁多，精度要求高而且相当复杂，加上计算机反战水平的限制，在相当长一个时期内，手工输入仍然是主要的数据输入手段。数据采集和输入占了极大的工作量，几乎占据建立整个系统工作量的一半以上。

2.2.1 空间数据的输入

空间数据主要指图形实体数据。空间数据输入则是通过各种输入设备完成图形数据的转换过程。通常在GIS中用到的图形数据类型，包括各种地图、遥感数据和点采样数据等。

①键盘输入：键盘输入空间数据就是通过手工在计算机终端上输入数据。实际上就是将图形元素点、线、面实体的地理位置数据（各种坐标系中的坐标）通过键盘输入到数据文件中。

②扫描仪输入：目前地图数字化一般采用扫描向量化的方法。地图向量化是重要的地理数据采集方式之一，所谓地图矢量化，就是把栅格数据转换成矢量数据的处理过程。

对栅格图像的向量化有自动向量化行业屏幕素表跟踪向量化两种方式。软件自动向量化工作速度较快、效率较高，但是效果不理想，仍需要人工检查和编辑。屏幕鼠标跟踪方法精度较高，只是速度较慢。

2.2.1 属性数据的输入

属性数据即空间实体的特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式，属性数据的内容有时直接记录在栅格或矢量数据文件中，有时则单独输入数据库存储为属性文件，通过关键码与图形数据相联系。

属性数据一般采用键盘输入。输入的方式有两种：一种是对照图形直接输入；另一种是预先建立属性表输入属性，或从其它统计数据库中导入属性，然后根据关键字与图形数据自动连接。

属性数据包括社会环境数据、自然环境数据和资源与能源数据。

第三章 GIS基本空间分析

空间分析：是从空间数据中获取有关地理对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息的提取、表现和传输的功能，是地理信息系统区别于一般管理信息系统的主要功能特征。GIS基本空间分析包括：迭置分析、缓冲区分析、窗口分析和网络分析。

叠置分析：是地理信息系统中常用的提取空间隐含信息的方法之一，叠置分析是将有关主题层组成的各个数据层面进行迭置产生一个新的数据层面，其结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性，同时迭置分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系。其中，被迭加的要素层面必须是基于相同坐标系统的，基准面相同的、同一区域的数据。

叠置分析包括：点与多边形迭置、线与多边形迭置和多边形与多边形迭置。多边形迭置：是将两个或多个多边形图层进行迭加，产生一个新的多边形图层。新图层的多边形是原来各图层多边形相交分割的结果，每个多边形的属性含有原图层各个多边形的所有属性数据。

叠置分析4种形式：合并、相交、相减和判别。它们的区别在于迭置分析后得到的新的图形的属性不同，合并保留两个输入数据层所有多边形；相交则保留公共区域；相减是从一个资料层剔除另一个数据层的全部区域；判别是将一个层作为模板，而将另一个输入层迭加在它上面，落在范本层边界范围内的要素被保留，而落在范本层边界范围以外的要素则被剪切掉。

第四章 地图投影 地理空间的数学基础是GIS空间位置数据定位、量算、转换和参与空间分析的基准。所有空间数据必须纳入到相同空间参考基准下才可以进行空间分析。空间数据投影及坐标转换主要解决如何把地球曲面信息展布到二维平面。

4.1坐标系统

地理空间坐标系统提供了空间位置的参照基准。一般情况，根据表达方式的不同，地理空间坐标系通常分为球面坐标系统（地理坐标系）和平面坐标系统（投影平面直角坐标系），地图投影的实质就是按照一定的数学法则，将地球椭球面上的经纬网转换到平面上，建立地面点位的地理坐标（B纬度，L经度）与地图上相对应的平面直角坐标（X，Y）之间一一对应的函数关系。

4.2高斯-克吕格投影

高斯投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其它经线均为凹向，并对称于中央经线的曲线，其它纬线均是以赤道为对称轴的向两极弯曲的曲线，经纬线成直角相交（见图）。高斯投影的变形特征是：在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差的增加而增大，且增大速度较快。在6˚带范围内，长度最大变形不超过0.14%。

X

N

N’

O

O

Y

赤道

S

S’

图1 高斯投影示意图

我国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万比例尺地形图，均采用高斯投影。1:2.5至1:50万比例尺地形图采用经差6˚分带，1:1万比例尺地形图采用经差3˚分带。

6˚带是从0度子午线起，自西向东每隔经差6˚为一投影带，全球分为60带，各带的带号用自然序数1，2，3，„60表示。即以东经0˚-6˚为第1带，其中央经线为3E，东经6˚-12˚为第2带，其中央经线为9E，其余类推（图2.13）。

3˚带是从东经1˚30'分的经线开始，每隔3˚为一带，全球划分为120个投影带。图2-133º 9º 69º 75º 81º 87º 93º 99º 105º 111º 117º 123º 129º 135º

n

1

0º 6º

1 2

2

12º

3

12

66º 72º

13

78º

14 15

84º

29

16

90º

31

17

96º

18

102º

19

108º

20

114º

21

120º

22

126º

23

132º 138º

n’

25

27

33

35

37

39

41

43

45

图2 高斯投影的分带

表示出6˚带与3˚带的中央经线与带号的关系。

在高斯克吕格投影上，规定以中央经线为X轴，赤道为Y轴，两轴的交点为坐标原点。 X坐标值在赤道以北为正，以南为负；Y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。我国在北半球，X坐标皆为正值。Y坐标在中央经线以西为负值，使用很不方便。为了避免Y坐标出现负值，将各带的坐标纵轴西移500km，即将所有Y值都加500km。由于采用了分带方法，各带的投影完全相同，某一坐标值（x，y），在每一投影带中均有一个，在全球则有60个同样的坐标值，不能确切表示该点的位置。因此，在Y值前，需冠以带号，这样的坐标称为通用坐标。

高斯投影是具有国际性的一种地图投影，适合于幅员广大的国家或地区，它按经线分带进行投影，各带坐标系、经纬网形状、投影公式及变形情况都是相同的，也利于全球地图拼接。1952年以来我国采用高斯投影建立了布满全国的平面直角坐标系统（各带之间可进行坐标转换），并作为我国基本比例尺地形图的数学基础。高斯投影的不足之处在于长度变形较大，导致面积变形也较大。在纬度30˚ 以下的6˚带边缘地区，长度变形值超过了千分之一。而对于3˚ 带边缘地区，长度变形值也仅减小至万分之三左右。

MapGIS上机操作内容

1、图形输入

MapGIS的图形文件分为点、线、面三类，点文件包括注释（文字注记）和像素（符号），区是由同一方向或首尾相连的护短组成的封闭图形，而弧段是一种特殊的线，由此看来，区是基于线像素而产生的。

在工程应用中，一个工程项目需要对许多文件进行编辑、处理、分析。为了便于查找和记忆，因此要建立一个工程文件，来描述这些文件的信息和管理这些文件的内容，并且在编辑这个工程时，不必装入每一个檔，只需装入工程文件即可。

扫描向量化输入，是目前地图输入的一种较有效的方法。它是通过扫描仪直接扫描原图，以栅格形式储存于图像文件中，然后经过向量化转换成向量数据，存入到点檔或线檔中。

MapGIS输入编辑窗口分为左、右窗口，左窗口称为工程编辑平台，右窗口称为图形编辑平台，其中，左窗口的主要作用是对工程中的文件进行管理；右窗口的主要作用则是对文件中的像素进行管理。

2、图形编辑

编辑线檔时：F12键：捕捉功能，F9键：加点。

拓扑处理流程：

拓扑处理最大特点是自动化程度高，在拓扑处理过程中一般不需要人工干预，利用拓扑处理可以进行普染色。拓扑处理的核心是建立拓扑关系，系统提供了系列拓扑预处理功能，当然如果前期工作做的比较好，后期的许多工作就会很轻松。

①数据准备

②自动剪断线

③清除重迭坐标及自相交

④节点平差

⑤线拓扑错误检查：是拓扑处理的关键步骤，只有数据规范，没有错误后，才能建立正确的拓扑关系。利用此功能可以很方便的找到错误，并指出错误类型及出错位置。差错可以检查重迭坐标、悬挂相交、重迭弧段、节点不封闭等严重影响拓扑关系建立的错误。

⑥线转弧段

⑦拓扑重建

3、属性编辑

对像素进行属性添加的方式包括来两种：手动添加和自动连接

手动添加：属性包括属性结构和属性数据两部分内容构成。对像素进行添加属性时，首先编辑属性结构，然后对照像素一一编辑属性数据。

自动连接：将excel数据另存为dbf文件，然后利用“连接属性”功能将像素和dbf文件连接，连接时，有两种连接方式：按序号连接和按字段连接。按字段连接时要对像素和数据的关键词段进行设置。

输出属性是将像素的属性写到dbf文件中。

4、投影变换

图形录入完毕后，经常需要将图形从一种坐标转化为另一种坐标，或从一种投影系转为另一种投影西，这就需要对图形进行投影变换。

用户文本文件投影变换：用户有已测出坐标值的成批文本数据，并需要直接将这些数据添加到已绘制好的MapGIS图形中，或将这些坐标点直接绘制成图，“用户文件投影变换”就是为实现这些功能而设计的。

标准图框的生成：1：1万，1：2.5万，1：5万，1：10万，1：25万，1：50万六种比例尺的标准图框采用的投影方式是高斯-克吕格投影。

由于系统生成的标准图框是按照高斯投影的大地坐标确定的，所生成的图框坐标是绝对坐标，所以坐标值较大。因此不选“将左下角平移为原点”；按高斯投影的大地坐标系生成的标准图框，在中央经线两侧的图会是倾斜的，因此不选“旋转图框底边水平”。

实际平面直角坐标（m）和屏幕直角坐标（mm）三者的关系：

屏幕直角坐标（mm）=实际平面直角坐标（m）/比例尺分母×1000

实际平面直角坐标（m）=屏幕直角坐标（mm）*比例尺分母/1000

实际长度（m）=屏幕长度（mm）*比例尺分母

222实际面积（m）=屏幕面积（mm）*比例尺分母

5、空间分析

条件检索

输入检索条件，即输入运算结果为逻辑值的表达式，在表达式中可以包含窗口中所列的字段名称、常数和输入模板所列的操作符。操作符说明如下：

＋、－、×、/ ：分别表示加、减、乘、除运算。

＞、＞＝、＜、＜＝、＝＝、！＝：分别表示大于、大于等于、小于、小于等于、等于、不等。

＆＆、｜｜、＾、~：分别表示逻辑与、逻辑或、逻辑异或、逻辑非。

如给定条件：

（面积＞＝１００）＆＆（面积＜＝１０００）

即要求从所选檔中检索出满足条件（面积大于等于100而且面积小于等于1000）的所有像素。

4> 系统根据条件进行检索，若成功，则显示属性，并闪烁像素。

条件检索是根据用户给定的条件进行检索，因而具有较强的灵活性，只要像素的属性数据能够区分开来，该功能就可以将它检索出来。

6、镶嵌配准：对扫描后的没有实际地理意义的地形图定为到有实际地理意义的坐标下。

校正文件：需要进行几何校正和坐标参照处理的文件。

参照文件：指对校正文件进行处理时作为标准的文件。

在图像镶嵌配准部分，控制点信息是主要处理对象，用户通过编辑校正文件中的控制点信息，从而完成其它各项功能。

在对校正影像添加一定数量的控制点后，便可利用这些控制点信息对影像进行校正处理。

7.1:1万比例尺的投影点不能放入1:5万比例尺的文件一起显示的原因：因为1:5万比例尺的屏幕坐标是实际坐标除以50得到的，1:1万比例尺的屏幕坐标是实际坐标除以10得到的。所以1:1万比例尺下的数据比1:5万的大，故不能放在一起。